废旧设备升级改造构建垃圾渗滤液处理装置研究

李梦红

（山东理工大学资源与环境工程学院，山东 淄博 255000）

引言

由于科学技术的迅猛发展和国家对高校的财政支持，近年来，各大高校先后投入一批新设备，以支持目前专业发展的需要。但是，之前使用的老设备由于仪器稳定性降低，各零部件老化等问题而逐渐处于闲置状态，这进一步加剧了设备的老化。然而，这些老设备并不是一无是处，如果将它们进行有机的优化组合，通过有针对性的改造，可以使这些老旧设备物尽其用，避免设备的闲置和浪费。

垃圾渗滤液是指垃圾在填埋和堆放过程中由于垃圾中有机物的分解产生的水以，以及垃圾中的游离水、降水及入渗的地下水和通过淋溶作用形成的污水。垃圾渗滤液是一种高浓度难降解的有机废水，其化学需氧量（COD）和氨氮含量都比较高，成分也极其复杂，若不经处理而直接外排将会对土壤、地下水等造成严重污染[1]。垃圾渗滤液由于其水质水量的不稳定性，以及渗滤液中含有大量难降解的萘、菲等非氯化芳香族化合物和氨氮等毒性物质，所以渗滤液的处理非常困难。

1 项目的研究背景

专业环境工程实验室是山东理工大学资源与环境工程学院下设的专业实验室，始建于2001年。在专业创建初期投入较大资金力度，力争把实验室建成环境工程专业领域水处理实验设备先进、种类齐全的现代化高水平实验室。建成初期承担着环境工程本科专业和其他相近专业的实验和实践的教学任务。建成以来购置了多台水处理实验装置，如A2O城市生活污水处理装置、SBR间歇式活性污泥法处理装置、MBR膜生物反应器、曝气生物滤池、厌氧折流板等，这在当时的水处理领域都是比较前沿的处理技术和实验装置。但是随着科技水平的进步，水处理技术不断的提升和改进，环保技术和装备也在不断的发展和更新换代，传统的水处理方法难以适应新的污水处理条件和达标要求。主要表现在以下几点。

第一，实验室二十年前购置的水处理实验装置不仅接近报废年限，而且也陆续出现设备零部件老化需要及时更换等问题。

第二，传统的水处理技术和方法在实践教学中逐步趋于边缘化，专业教师在水处理的教学过程中，更加注重先进的新型的处理技术，因而造成近几年这些老旧的设备利用率不高。长期的闲置加速仪器设备的老化，造成教育资源的浪费。

第三，老旧仪器的功能落后也是制约仪器利用率的主要问题。

因此，通过更换或添加某一特定的模块，实现废旧设备的升级改造，或者将多台仪器重新进行优化组合，使其重新发挥作用是目前实验室废旧设备处置的最佳途径。

2 项目的创新点

研究开发污水处理的新工艺离不开科学技术研究领域的突破和创新，本项目通过学科的跨界、交叉与融合，打破了学科之间的“壁垒”，提高了学生的跨学科的思维整合能力和多学科交叉融合能力[2]。垃圾渗滤液的水质水量随季节变化大，且COD、氨氮含量比较高[3]。目前垃圾渗滤液的处理通常采用生化法和膜处理技术，但是，生化法存在脱氮问题，膜法产生的浓缩液难以解决[4]。试验通过将碳基纳米新材料和新型膜分离技术应用到水处理研究领域，通过在废旧设备中添加或更换特制的水处理单元模块，大幅提高了垃圾渗滤液的处理效率。另外，针对垃圾渗滤液的预处理模块，通过改变废旧装置的结构部件，克服了目前利用生化法难以解决的脱氮除磷问题，大幅缩短了废水处理流程[5]。本项目的处理工艺在以下两方面有所突破。

（1）增加碳氮比，强化脱氮除磷效果。试验通过内置的碳源补给模块，精确加入新型纳米碳材料以添加碳源，通过合适的碳氮比来强化微生物脱氮除磷效率，既节省了建造成本又减少占地面积，使设备更加机动灵活。

（2）改进膜处理模块，提高生物膜的处理效率。通过应用新型膜处理技术，结合废旧设备的结构改造，改进曝气方式，有助于生物膜的培养和污染物的去除；通过增加反冲洗力度，大幅减少了浓缩液的产生，使设备的运行成本显著降低。

3 项目的研究内容

环境工程本科专业要求学生不仅要熟练掌握各种水处理工艺，还需要具备对水处理工艺进行优化和改进的能力。随着科技的不断进步和水处理技术的不断提高，传统的水处理工艺可能已经无法满足新的需求和挑战，因此需要不断进行改进和优化。需要通过科学研究和实践来提炼专业知识，理解各种水处理工艺的原理和运行机制，以及其在实际应用中存在的问题和局限性。在此基础上，应该能够提出新的改进和优化方案，以适应不断变化和发展的水处理技术。主要表现在以下几个方面。

第一，利用新材料技术、新型反应器设计、高效能源利用等方法，优化和改进传统的水处理工艺，提高处理效率和减少资源消耗。

第二，探索新的水处理技术，如膜分离技术、光催化技术、电化学技术等，以提高水处理的效果和质量。

第三，遵循环保和可持续发展的原则，将其融入水处理工艺的改进和优化中。

考虑到水处理过程对环境的影响，提出可持续的解决方案，如减少产生的废弃物和污染物，回收和重复利用资源等[6]。本项目并不是将多台老旧设备随意改造，而是根据现阶段垃圾渗滤液的处理方法，通过一系列的试验制定理论基础完善、技术稳定成熟的污水处理工艺；然后根据试验数据设计一套高度集成、系统优化的垃圾渗滤液处理设备；最后通过实验室废旧设备的提升改造整合构建垃圾渗滤液一体化试验装置[7]。

3.1 垃圾渗滤液处理工艺的优化

根据垃圾渗滤液水质水量特点，确定垃圾渗滤液处理的最佳工艺流程。其中，将碳基新材料和新型膜分离技术应用于本项目处理过程中，已得到良好的处理效果。垃圾渗滤液处理前后的各控制污染物的浓度见表1。由表1可知，主要的控制污染物在处理后都达到垃圾渗滤液排放标准（GB 16889—2008）。项目研究过程图片如图1。

图1 项目研究过程图片

表1 垃圾渗滤液处理前后污染物浓度变化表

3.2 垃圾渗滤液一体化处理装置的设计计算

根据最佳工艺流程，对垃圾渗滤液一体化处理装置进行设计计算，尽量做到设备机动性强、去除有机物的效率高及抗水力负荷能力强。根据最终的试验结果结合工艺的优化组合，最后采用混凝+芬顿（Fendon）+MBR（碳源补给）+生物膜过滤器+DTRO组合工艺处理。深度处理效果对比见表2。

表2 深度处理效果对比

3.3 试验装置的一体化设计

设备部件的加工、废旧设备升级改造及试验装置的一体化设计，需按照计算内容对设备进行一体化组装，实现高度的自动化和集成化。其中，通过添加新型碳材料实现废旧设备的技术升级，提高了装置脱氮除磷模块的处理效率；通过应用新型膜处理技术与废旧设备结构部件的改造结合，有利于生物膜的培养和设备的运行维护。根据《水污染控制工程》的设计计算方法，结合垃圾渗滤液所设定的水质水量要求，分别对混凝芬顿池、MBR系统、生物膜过滤器等进行了系统的设计计算，部分部件的结构见图2。相关设备展示如图3。

图2 MBR与生物膜过滤器的结构示意图

图3 相关设备展示

3.4 设备的调试、运行及处理效果的验证

取实际的垃圾渗滤液验证此一体化装置的处理效果，使垃圾渗滤液的各项指标能够达到排放标准（GB 16889—2008）。

4 项目研究的意义

经过对废旧设备的提升改造，实现对垃圾渗滤液一体化装置的工艺优化、设计改进、调试运行、实践应用等环节，不仅能够让学生全面而综合地掌握所学专业知识，真正做到学以致用，还通过学科的交叉融合，起到拓宽知识维度，提升专业素养的作用。另外，这些水处理的试验装置只是废水处理流程中的一个单元。这些装置不仅可用于垃圾渗滤液，还可以用于印染废水、啤酒厂废水等其他废水的处理流程。因此，充分结合专业的研究方向，并与实践项目相结合，在实践创新过程中大幅提高这些闲置设备的利用率，使功能落后的老化设备重新焕发生机，变废为宝，物尽其用。

5 结语

现阶段，科学技术飞速发展，环保技术领域的进步也是日新月异。作为高校教师，在认真上课做好本职工作以外，更应该在第一时间把本专业领域的新技术新方法传受给学生，并且要根据自身的实验和科研条件，让他们亲自操作，身临其境的感受，这是作为一名高校教师的责任，也是应尽的义务。